Problemy optymalizacji prosumenckiej mikrosieci OZE dla małych i średnich przedsiębiorstw

Analiza problemu magazynowania energii

Już na początku należy zaznaczyć, że magazynowanie energii elektrycznej, bez względu na rodzaj zasobnika, jest droższe od jej wytworzenia. To pokazano na liczbach przytoczonych w punktach wcześniejszych. Jeżeli przyjąć, że koszt wytworzenia energii w OZE o mocy kilkudziesięciu kW wynosi 1 zł/kWh, a koszt jej magazynowania 2,5 zł/kWh to całkowity koszt jednostkowy energii, która idzie do odbiorów od OZE przez zasobnik, jest sumą obydwu składników i wynosi 3,50 zł/kWh.

Akumulatorowy magazyn energii

Na obecnym etapie rozwoju zasobników w Polsce jedynym dostępnym dla małych i średnich przedsiębiorstw, najmniej nieuzasadnionym ekonomicznie, jest posiadający wiele wad akumulatorowy magazyn energii. Oznacza to ogólną nieopłacalność magazynowania energii, wbrew powszechnym, kłamliwym zachętom do instalowania zasobników ze strony firm sprzedających magazyny. Ich stosowanie można uzasadnić innymi specyficznymi potrzebami. Jednak nie zwiększeniem efektywności pracy mikrosieci, jak może to wynikać z obiegowych opinii.

Zasobnik może być potrzebny do zasilania awaryjnego wybranych obwodów krytycznych, przez krótki czas po zaniku zasilania podstawowego, niezbędny do uruchomienia np. spalinowego agregatu prądotwórczego. Jeżeli już taki magazyn jest w zakładzie, to – przy określonych relacjach cen energii – może być celowe jego wykorzystywanie także do zbilansowania mocy (ładowanie zasobnika przy nadmiarach, rozładowywanie przy niedoborach), aby ograniczyć mniej korzystną wymianę energii z siecią.

Praca z zasobnikiem energii

Istota optymalnej pracy mikrosieci z zasobnikiem energii polega na tym, że każdy nadmiar energii (mocy) wytwarzanej przez OZE w stosunku do energii (mocy) zapotrzebowanej przez odbiorniki idzie w pierwszej kolejności na ładowanie zasobnika. Nadmiar energii (mocy) jest oddawany do sieci, gdy zasobnik nie może jej przyjąć, z uwagi na jego pełne naładowanie. Zaś w przypadku deficytu energii (mocy) wytwarzanej przez OZE w stosunku do zapotrzebowanej przez odbiorniki, w pierwszej kolejności deficyt pobierany jest z zasobnika. Dopiero gdy zasobnik zostanie rozładowany (osiągnie granicę rozładowania), energia (moc) może być pobierana z sieci.

Chodzi więc o to, żeby – przy niekorzystnych relacjach cenowych energii – unikać oddawania do sieci, jak i pobierania z niej. Sieć można „angażować” do przyjmowania nadmiaru lub wydawania deficytu dopiero wtedy, gdy nie może tego zrobić zasobnik, z uwagi na jego ochronę przed nadmiernym naładowaniem lub nadmiernym rozładowaniem. Przy tym ewentualną nadrzędną funkcję krótkotrwałego zasilania awaryjnego można zabezpieczyć przez odpowiednio ustawiony próg dopuszczalnego rozładowania zasobnika.

Nadmiary i deficyty mocy

Taka praca mikrosieci z zasobnikiem wymaga wykrywania tak nadmiaru, jak i deficytu mocy i – stosownie do sytuacji – wymuszania ładowania lub rozładowywania zasobnika. Realizuje się to w układzie, którego idea działania pokazana jest na rys. 2. Sterownik na podstawie wartości napięcia U akumulatorów oraz znaku i wartości mocy P na zaciskach sieci wypracowuje sygnały sterujące łącznikami 1 i 2 w torze, odpowiednio – ładowania i rozładowywania baterii – a także łącznikiem głównym (nieoznaczonym) w torze bezpośredniego zasilania odbiorów ODB z równolegle połączonych ze sobą OZE i sieci.

Jeżeli przy zamkniętym łączniku głównym przetwornik mocy P wykryje oddawanie mocy do sieci (nadmiar mocy wytwarzanej przez OZE w stosunku do mocy odbiorów ODB), to sterownik spowoduje zamknięcie łącznika 1 w torze ładowania akumulatorów i ich ładowanie prądem I zwiększanym w każdym takcie pracy sterownika do takiej wartości, że moc oddawana do sieci zostanie sprowadzona do zera (z niezbędną histerezą, zabezpieczającą przed oscylacjami). W ten sposób nadmiar wytwarzanej energii zamiast do sieci pójdzie do akumulatorów. Gdyby w tym stanie pracy wzrosło obciążenie lub też zmniejszyła się moc wytwarzana przez OZE tak, że układ zacząłby pobierać moc z sieci (zmiana znaku sygnału z przetwornika mocy P), sterownik w pierwszej kolejności będzie zmniejszał w kolejnych cyklach prąd I ładowania, sprowadzając moc P sieci w pobliże zera.

Optymalizacja pracy z zasobnikiem energii

W sytuacji, gdy pomimo zerowego prądu I ładowania baterii nadal jest pobierana moc P z sieci (wytwarzana moc OZE jest mniejsza od pobieranej przez ODB), sterownik spowoduje uzupełnianie mocy z zasobnika. W tym celu otwarty zostanie łącznik główny i jednocześnie zamknięty zostanie łącznik 2. Energia z OZE pójdzie okrężną drogą przez zamknięty cały czas łącznik 1, przez zaciski akumulatorów, łącznik 2, przekształtnik przetwarzający prąd stały na przemienny do odbiorników. Przy tym do prądu I z toru OZE dodany zostanie prąd z akumulatorów, taki, aby uzyskać na wyjściu prąd I_o (płynący przeciwnie niż to zaznaczono na rys. 2) o wartości odpowiedniej do mocy pobieranej przez ODB. Jeżeli w tym stanie spadnie moc odbiorów albo też zwiększy się moc źródeł OZE, tak że I stanie się większe od Io, różnica tych prądów automatycznie będzie zwiększała ładunek zgromadzony w zasobniku, zgodnie z równaniem

q = q_o+ ʃ (I – I_o) dt (2)

co spowoduje zmianę jego napięcia U, według charakterystyki U = f(q).

Napięcie to cały czas jest analizowane przez sterownik. Nadrzędnym wymaganiem jest ochrona akumulatorów przed nadmiernym ładowaniem i rozładowaniem. Zapewnia to sterownik, który po osiągnięciu ustalonych progów wyłącza ładowanie lub też rozładowywanie zasobnika. Wtedy taki nadmiar mocy z konieczności wprowadza się do sieci, a deficyt z niej się uzupełnia.

Galeria

Zobacz więcej